Materials of Electronics Engineering (E-Journal) / Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники
Not a member yet
466 research outputs found
Sort by
Глубокая очистка теллура, цинка и кадмия для применения в электронике
Full text linkA combined method of profound purification of Cd, Zn and Te developed by the Authors and allowing one to produce high-purity materials in a vertical reactor unit has been considered. The method includes the following processes: filtration refinement of metal alloy with the possibility of its vacuum degassing and additional purification through an oxide layer; first distillation with the possibility to use gettering additions in the melt and gettering filters; melt degassing with the removal of highly volatile impurities to the condenser in rough vacuum; second distillation and metal casting for weighed quantities. The Authors have developed and produced a test model of the unit for the experimental profound purification of metals using the method developed herein. Physical experiments have been conducted for obtaining 99,9999 wt.% purity Cd, Zn and Te for 30 residual impurities with a product yield of at least 55%.Рассмотрен разработанный авторами комбинированный способ глубокой очистки Cd, Zn и Te, позволивший получать высокочистые материалы на устройстве с вертикальным расположением реактора. Способ включает в себя следующие процессы: фильтрационное рафинирование расплава металла с возможностью его вакуумной дегазации и дополнительной очистки через оксидный слой; первую дистилляцию с возможностью использования геттерных добавок в расплаве и применением геттерных фильтров; дегазацию расплава с удалением легколетучих примесей на конденсатор в условиях низкого вакуума; вторую дистилляцию и розлив металла на необходимые навески. Авторами разработана и изготовлена опытная модель установки, с помощью которой проведены экспериментальные процессы глубокой очистки металлов по предложенному способу. Проведены физические эксперименты, позволившие получить Cd, Zn и Te чистотой более 99,9999 % (мас.) по 30 основным остаточным примесям со сквозным выходом готового продукта не менее 55 %
Интеркалированные атомами металлов углеродные нанотрубки с примесными атомами бора, как базис для создания нанопроводов: теоретические исследования
Full text linkCarbon nanotubes are one of the currently sought after nanotechnology materials. But the issue of controlling their physicochemical properties, in particular, for creating nanowires by intercalating metal atoms in them, has not yet been fully studied. In this case, there is an effective way to control the electronic energy characteristics — the introduction of impurity atoms. Boron is the most effective among this class of substituting elements. Therefore, the purpose of this article is to study the possibility of internal filling of carbon nanotubes with impurity boron atoms with various metal atoms and to determine the role of its concentration on the phenomena occurring in this case. Using the density functional theory, a model experiment was carried out on the introduction into the cavity of a nanotube of aluminum atoms, as well as alkali metals - lithium, sodium and potassium. The model experiment showed that in all cases the formation of a stable adsorption complex takes place, which can be considered as a model of a nanowire with multiple filling with atoms between the nanotube and metal atoms. At the same time, it was found that during the formation of complex compounds “nanotube — metal atom”, the electron density is redistributed in the system, namely, it is shifted from the B atoms of the metals to the surface of the nanotube, which leads to the formation of additional charge carriers transferred from the donor. Also, an analysis of the electron-energy structure made it possible to establish that the band gap for BC3 nanotubes narrows during the intercalation of metal atoms. This conclusion is extremely important for the needs of nanoelectronics, since it makes it possible to predict the more efficient use of carbon nanotubes with a higher concentration of impurity boron atoms to create nanodevices due to the appearance in them of conducting properties that are different from pure nanostructures, which are expressed in the appearance of additional charge carriers.Углеродные нанотрубки являются одним из востребованных в настоящее время материалов нанотехнологии. Но вопрос управления их физико-химическими свойствами, в частности, для создания нанопроводов путем интеркалирования в них металлических атомов, до сих пор окончательно не изучен. При этом существует эффективный способ контроля электронно-энергетических характеристик — введение примесных атомов. Наиболее эффективным среди данного класса замещающих элементов оказывается бор. Поэтому целью данной статьи является изучение возможности внутреннего заполнения углеродных нанотрубок с примесными атомами бора различными атомами металлов и определение роли его концентрации на происходящие при этом явления. С применением теории функционала плотности был проведен модельный эксперимент по внедрению в полость нанотрубки атомов алюминия, а также щелочных металлов — лития, натрия и калия. Модельный эксперимент показал, что во всех случаях имеет место образование стабильного адсорбционного комплекса, который может считаться моделью нанопровода при множественном заполнении атомами, между нанотрубкой и атомами металла. При этом было обнаружено, что при образовании комплексных соединений «нанотрубка — атом металла» происходит перераспределние электронной плотности в системе, а именно ее смещение от атомов В металлов на поверхность нанотрубки, что приводит к образованию дополнительных носителей зарядов, перешедших от донора. Также анализ электронно-энергетического строения позволил установить, что при интеркалировании атомов металлов происходит сужение запрещенной зоны для ВС3 нанотрубок. Данный вывод крайне важен для нужд наноэлектроники, поскольку позволяет предсказать более эффективное использование именно углеродных нанотрубок с большей концентрацией примесных атомов бора для создания наноустройств за счет появления в них отличных от чистых наноструктур проводящих свойств, выражающихся в появлении дополнительных носителей заряда
Возможности многоугловой спектрофотометрии для определения параметров пленок на однослойных структурах
Full text linkSingle-layer Ta-Si-C-N films on fused quartz substrates were made by direct current magnetron sputtering. The structural perfection of the film was investigated by X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy and optical emission spectroscopy of glow discharge. The optical parameters of the films were determined by the method of multi-angle spectrophotometry. Spectral dependences of the transmission coefficients of substrates and structures at normal light incidence in the wavelength range of 200—2500 nm are obtained. It is shown that the transmission spectrum of the sample has an oscillating character, which is caused by interference phenomena characteristic of layered structures. Spectral dependences of the reflection coefficients of films and substrates in the wavelength range of 200—2500 nm at small angles of incidence of light are obtained. By the magnitude of the difference between the reflection coefficient at the maximum of the interference of the film and the corresponding reflection coefficient of the substrate at the same wavelength, it is shown that the absorption in the film is low. A formula is obtained for determining the absorption coefficient of a film from the measured parameters. Based on the experimental data obtained, spectral dependences of the absorption coefficients of the substrate, structure and film are constructed. The method of reflection at two angles of incidence, based on the determination of the position of the interference extremes on the spectral dependences of the reflection coefficients, calculated discrete values of the refractive coefficients in the wavelength range 400—1200 nm. The obtained values are approximated by the Cauchy equation. The film thickness was calculated, which was d = 1046 nm ± 13%. Spectral dependences of the film attenuation indices with and without reflection are constructed. A summary table is presented with the obtained values of the refractive coefficients and absorption indices with and without reflection.Методом магнетронного распыления постоянного тока изготовлены однослойные пленки Ta—Si—C—N на подложках из плавленого кварца. Структурное совершенство пленок исследовано методами рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии и оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда. Оптические параметры пленок определены методом многоугловой спектрофотомерии. Получены спектральные зависимости коэффициентов пропускания подложек и структур при нормальном падении света в диапазоне длин волн 200—2500 нм. Показано, что спектр коэффициентов пропускания образца имеет осциллирующий характер, который обусловлен интерференционными явлениями, характерными для слоистых структур. Измерены спектральные зависимости коэффициентов отражения пленок и подложек в диапазоне длин волн 200—2500 нм при малых углах падения света. По величине разницы между коэффициентом отражения в максимуме интерференции пленки и соответствующим коэффициентом отражения подложки при этой же длине волны показано, что поглощение в пленке мало. Получена формула для определения коэффициента поглощения пленки по измеренным параметрам. На основании экспериментальных и расчетных данных построены спектральные зависимости коэффициентов поглощения подложки, структуры и пленки. Методом отражения при двух углах падения, основанном на определении положения интерференционных экстремумов на спектральных зависимостях коэффициентов отражения, рассчитаны дискретные значения коэффициентов преломления в диапазоне длин волн 400—1200 нм. Полученные величины аппроксимированы уравнением Коши. Рассчитана толщина пленки, которая составила dпл. = 1046 нм ± 13 %. Построены спектральные зависимости показателей ослабления пленки с учетом и без учета отражения. Представлена сводная таблица с полученными значениями коэффициентов преломления и показателей поглощения с учетом и без учета отражения
Математическое моделирование кристаллической структуры перовскита и двойного перовскита
Full text linkThe paper considers the problem of modeling materials with the crystal structure of perovskite and double perovskite. Due to the high complexity of obtaining micro- and nanoscale objects, data on the structure and properties of such materials are especially important. This makes it relevant to use computer modeling to predict the required characteristics of materials. Electronic, magnetic, mechanical and other properties of crystalline substances are determined by the specificity of their structure – the periodicity and symmetry of the lattice. The paper considers compounds with the common chemical formulas ABO3 and A2BB’O6 and the crystal lattice of cubic symmetry type are the structural types Perovskite and Double Perovskite. The model of ion-atomic radii, widely used in modeling various crystal structures, is applied. The application of the annealing simulation algorithm to calculate the metric parameters of the compounds under consideration is shown. The software implementation of the algorithm used in the work makes it possible to calculate the coordinates of the atoms included in the elementary cell of the crystal lattice, the lattice constant and the packing density of atoms in the crystal cell according to the given chemical formula and the spatial symmetry group. The listed structural characteristics can be used for the subsequent determination of the electronic, magnetic, and thermal properties of perovskite-like compounds. The article presents a comparison of the values of the lattice constants obtained as a result of numerical modeling with the data published in open sources.В работе рассмотрено моделирование материалов с кристаллической структурой перовскита и двойного перовскита. Из-за высокой сложности получения объектов микро- и наноразмеров данные о структуре и свойствах таких материалов особенно важны. Это делает актуальным применение компьютерного моделирования для прогнозирования требуемых характеристик материалов. Электронные, магнитные, механические и другие свойства кристаллических веществ обусловлены особенностью их строения — периодичностью и симметрией решетки. В работе рассматриваются соединения с общими химическими формулами ABO3 и A2BB’О6 и кристаллической решеткой кубического типа симметрии — структурные типы перовскит (Perovskite) и двойной перовскит (Double Perovskite). Использована модель ионно-атомных радиусов, широко распространенная при моделировании различных кристаллических структур. Показано применение алгоритма имитации отжига для вычисления метрических параметров рассматриваемых соединений. Использованная в работе программная реализация алгоритма позволяет по заданным химической формуле и пространственной группе симметрии вычислить координаты атомов, входящих в элементарную ячейку кристаллической решетки, постоянную решетки и плотность упаковки атомов в ячейке кристалла. Перечисленные структурные характеристики могут быть использованы для последующего определения электронных, магнитных, тепловых свойств перовскитоподобных соединений. В статье приведено сравнение значений постоянных решетки, полученных в результате численного моделирования, с опубликованными в открытых источниках данными
Применение методов рентгеновской дифрактометрии и рефлектометрии для анализа нарушенного слоя полярных граней ZnO после химико-механической обработки поверхности
Full text linkZnO single crystals are used for the fabrication of laser targets for high-energy electron irradiated UV laser cathode-ray tubes and homoepitaxial substrates for lasers. The technology of ZnO based UV LEDs imposes strict requirements to surface quality. Chemical-mechanical polishing delivers good surface quality but it is known that polishing of ZnO polar faces may yield different results. Surface-sensitive high-resolution X-ray diffraction (HRXRD) and X-ray reflectometry (XRR) methods have been used for studying the structure of (0001) and (000–1) polar faces of ZnO after chemical-mechanical polishing. Two double-sided polished (0001) ZnO substrates have been cut out from different hydrothermally grown ingots. The damage and density depth profiles for the Zn and O faces of the specimens have been retrieved from the X-ray diffraction curves and the specular reflection curves, respectively. Intensity distributions in the vicinity of the (0002) and (0000) reciprocal lattice points have been taken on a D8 Discover X-ray diffractometer (Bruker-AXS, Germany) in a triple-axis setup. For separating the coherent and incoherent scattering components, the intensity profiles have been analyzed along sections perpendicular to the diffraction vector and located at different distances from the reciprocal lattice sites. The HRXRD and XRR data have been compared with atomic force microscopy (AFM) data. The HRXRD method has revealed damaged layers at both faces of the specimens, with the layer thicknesses differing for the Zn and O faces, i.e., 5–7 nm for the Zn face and 10–11 nm for the O face. The XRR method has shown that both faces are sufficiently smooth. These results have been confirmed by AFM (RMS roughness ~ 0.23 ± 0.07 nm). However, the concentration of electrons in the superficial layers has been found to change. The layer thickness proves to be greater for the O face. We have hypothesized that the phenomena observed are caused by the difference in the chemical interaction of the Zn and O faces with the polishing agents.Монокристаллы ZnO применяют для лазерных мишеней (JIM) квантоскопов, излучающих в УФ-диапазоне при облучении высокоэнергетическими электронами, и подложек под гомоэпитаксию при создании лазеров. Технология производства УФ-светодиодов на основе ZnO предъявляет высокие требования к качеству подготовки поверхности. Химико-механическая полировка (ХМП) обеспечивает хорошее качество поверхности, однако, известно, что полировка полярных поверхностей ZnO может быть разной. Для исследования структуры полярных (0001) и (000–1) граней ZnO после ХМП использовали методы рентгеновской дифракции высокого разрешения (РДВР) и рентгеновской рефлектометрии (РР), чувствительные к качеству поверхности. Две двухсторонне полированные подложки ZnO (0001) были вырезаны из разных слитков, выращенных гидротермальным методом. Профили глубины повреждения и плотности для Zn- и O-сторон образцов были восстановлены по кривым дифракционного отражения (КДО) и кривым зеркального отражения соответственно. Распределение интенсивности вблизи узлов обратной решетки ZnO (0002) и ZnO (0000) измеряли в трехкристальной геометрии на рентгеновском дифрактометре D8 Discover (Bruker-AXS, Германия). Для разделения когерентного и некогерентного вкладов в рассеяние анализировали интенсивность на участках, перпендикулярных к вектору дифракции и расположенных на разных расстояниях от узлов обратной решетки. Результаты РДВР и РР сравнивали с данными, полученными методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Метод РДВР выявил наличие поврежденного слоя на обеих сторонах образцов, но толщина слоя различается для стороны Zn и O: 5—7 нм для Zn-стороны и 10—11 нм для O-стороны. Метод РР показал, что обе стороны достаточно гладкие. Эти результаты были подтверждены измерениями АСМ (среднеквадратичное значение шероховатости ~ 0,23 ± 0,07 нм). Однако было обнаружено изменение концентрации электронов в приповерхностном слое. Толщина слоя больше для О-стороны. Сделано предположение, что наблюдаемые эффекты вызваны различным химическим взаимодействием Zn- и O-поверхностей с полировальными реагентами
Создание композиционной теневой защиты для цифрового детектора получения изображений и терапевтического канала на основе нейтронного генератора
Full text linkTheoretical calculations for the multilayer protection of a digital imaging detector (DDI) have been carried out. After analyzing the obtained attenuation coefficients of the calculated composite protection, its application for the formation of a neutron channel is proposed. The principle of operation of a multifunctional ionization chamber (MIC) for recording profiles of pulsed conditional spots from a neutron generator is considered. The principle of operation of the MIC chamber is based on the interaction of integrating electrodes and sensor cells. Sensor cells consist of 16 pads, the signals from which arrive in a pulsed mode synchronously with the incoming trigger signal. The 16 channel integrator board 1 board processes the input signals and sends them to the Deviation Detection Control Circuit (DDS). If the COOS circuit detects a deviation from the specified parameters, it immediately turns off the neutron generator (NG). A schematic diagram of a 16-channel charge-sensitive amplifier that exchanges information between the MIC camera and a computer is considered. Timing diagrams of the passage of signals are given on the example of one channel 1 board. The MIC chamber, together with the neutron beam channel and multilayer shielding, is designed for neutron therapy. Variants of composite multilayer protection of a medical channel based on a neutron source based on the NG-24 neutron generator are proposed. The channel design is built on the basis of Monte Carlo calculations on the example of selected protective materials - water, tivarobor and tungsten. A patent is considered, on the basis of which it is proposed to design a composite shadow protection of a neutron therapeutic channel. It is proposed to use the MIC chamber to control the dose profiles of neutron beams.Проведены теоретические расчеты для многослойной защиты цифрового детектора получения изображений. При конструировании интегрирующих электродов и сенсорных ячеек многофункционалной ионизационной камеры (МИК), были применены материалы и способы применяемые для создания микроэлектронных технологий. Рассмотрен принцип работы МИК для регистрации профилей импульсных условных спотов от нейтронного генератора. В основе принципа работы камеры МИК лежит взаимодействие интегрирующих электродов и сенсорных ячеек. Сенсорные ячейки состоят из 16 падов, сигналы с которых поступают в импульсном режиме синхронно с поступающим триггерным сигналом. 16-и канальная плата интегратора (16КПИ) обрабатывает поступающие на вход сигналы и отправляет их на схему контроля обнаружения отклонение (СКОО). При обнаружении отклонений от заданных параметров, СКОО немедленно отключает нейтронный генератор. Рассмотрена принципиальная схема 16 канального зарядовочувствительного усилителя производящего обмен информацией между камерой МИК и компьютером. Приводятся временные диаграммы прохождения сигналов на примере одного канала 16КПИ. Камера МИК вместе с каналом нейтронного пучка и многослойной защитой предназначена для нейтронной терапии. Предложены варианты композиционной многослойной защиты терапевтического канала на основе источника нейтронов на базе нейтронного генератора НГ-24. Конструкция канала построена на основе расчетов Монте-Карло на примере подобранных защитных материалов — воды, тиваробора и вольфрама. Предложено использовать камеру МИК для контроля дозных профилей нейтронных пучков.
Исследование сегрегации примеси никеля на открытых поверхностях структуры LSNT перовскита методом первопринципной молекулярной динамики
Full text linkIn this paper, the segregation of the Ni impurity on open surfaces of the doped strontium titanate perovskite is investigated by means of ab initio molecular dynamics method based on the density functional theory and applied to a model periodic cell with stoichiometry La0.5Sr0.5TiO3 (LST).The performed studies are based on recent experimental observations on the segregation of Ni impurity atoms and their tendency to form clusters at the boundaries of defect structure of La0.2Sr0.7Ni0.1Ti0.9O3-δ (LSNT) perovskite. The results of the first-principles calculations of segregation energy showed that Ni does actively segregate toward the open surfaces. It was found that during segregation, nickel atoms leave the crystal volume to the perovskite surface and rise above its upper layer. Thus, the obtained results confirm the experimental data on the segregation and formation of nickel clusters on open LSNT surfaces.В работе методом первопринципной молекулярной динамики в рамках теории функционала плотности исследуется сегрегация примеси Ni в направлении открытых поверхностей легированного перовскита титаната стронция на примере модельной ячейки со стехиометрией La0,5Sr0,5TiO3x. Представленные исследования основываются на недавних экспериментальных наблюдениях по сегрегации примесных атомов Ni и их стремлении образовывать кластеры вблизи границ дефектов структуры перовскита La0,2Sr0,7Ni0,1Ti0,9O3-δ (LSNT). Результаты первопринципных расчетов энергии сегрегации показали, что Ni действительно активно сегрегирует в направлении открытых поверхностей. Было обнаружено, что в процессе сегрегации атомы никеля выходят из кристаллического объема к поверхности перовскита и поднимаются над ее верхнем слое. Таким образом результаты расчетов подтверждают данные экспериментальных наблюдений по сегрегации и формированию кластеров никеля на открытых поверхностях LSNT.
Учет пористости материала в модели временного пробоя диэлектрика в системе металлизации интегральных схем
Full text linkIn this work, simulation modeling of processes of the diffusion of copper ions in low-k dielectric between two neighboring copper lines is performed. It was found that an increase in the diffusion time of an ion in a material with a porosity of 30% and a pore radius of 1 nm (for the input parameters specified in the work) due to an increase in the diffusion path can be estimated at 16%. Moreover, the combined consideration of the effect of an increase in the electric field at the edges of the pores and a decrease in the diffusion activation energy leads to a decrease in the time to breakdown by 26% relatively dense material.В работе выполнено имитационное моделирование процессов диффузии ионов меди в low-k диэлектрик между двумя близлежащими медными линиями. Получено, что увеличение времени диффузии иона в материале с пористостью 30 %, радиусом пор 1 нм (для входных параметров, указанных в статье) за счет увеличения диффузионного пути можно оценить в 16 %. При этом совместный учет эффекта увеличения электрического поля на краях пор и уменьшения энергии активации диффузии приводит к уменьшению времени до пробоя на 26 % относительно плотного материала
Поздравляем Елену Евгеньевну Ломонову с награждением Медалью Ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени!
No full textDirector of the GPI RAS Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences Sergey Garnov, Deputy Director for Research Doctor of Physical and Mathematical Sciences Vladimir Glushkov and Head of the Fianit Laboratory, Doctor of Technical Sciences Elena Lomonova By Decree of the President of the Russian Federation No. 290 of 18 May 2022 for their great contribution in the development of science and many years of conscientious work were awarded the Medal of the Order «For Merit to the Fatherland» II degree!Директор ИОФ РАН член-корреспондент РАН Сергей Владимирович Гарнов, заместитель директора по научной работе доктор физико-математических наук Владимир Витальевич Глушков и заведующая лабораторией «Фианит», доктор технических наук Елена Евгеньевна Ломонова Указом Президента Российской Федерации № 290 от 18.05.2022 за большой вклад в развитие науки и многолетнюю добросовестную работу награждены Медалью Ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени